近日，中国农业科学院烟草研究所烟草功能成分与生物合成创新团队与深圳农业基因组研究所等单位联合，系统鉴定了在中国菰米类黄酮合成关键基因，并揭示了其在水稻等重要禾本科谷物类黄酮生物强化中的利用价值。相关研究成果发表在《食品研究国际（Food Research International）》（IF="7.4）和《食品前沿（Food" Frontiers）》（IF="8.4）。

中国菰资源极其丰富，除西藏外，全国各地的湖泊、沟塘、河溪和湿地中均有生长。中国菰是水稻的近缘属，其颖果为中国菰米，是重要的“六谷”之一。作为一种历史悠久的全谷物，中国菰米不仅营养价值较高，而且富含类黄酮化合物。值得关注的是，当前慢性非传染性疾病已成为影响世界范围内医疗与健康的社会问题，类黄酮化合物因其特殊结构，在抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病与调节内分泌等方面具有良好的生物活性和保健价值。因此，从生物强化角度挖掘中国菰潜在利用价值基因，对培育功能性谷物新品种、改善膳食结构、降低膳食风险因素对慢性病的影响以及中国菰资源的深度开发利用都具有重要意义。

该研究首次验证了中国菰米籽粒特征颜色与其类黄酮化合物积累之间的密切关系。通过中国菰和水稻基因组共线性分析鉴定到47个中国菰类黄酮生物合成候选基因。其中，ZlRc基因（Zla16G011250）为水稻Rc基因（LOC_Os07g11020）的同源基因，其编码蛋白定位于细胞核中。对该基因进行转水稻功能验证发现，ZlRc基因过表达能够使水稻种子由无色变为棕色，而且ZlRc基因过表达水稻种子的总酚、总黄酮、总原花青素含量以及抗氧化活性和酶抑制活性均显著高于野生型水稻种子。转录组测序和酚类代谢组测定表明，ZlRc基因过表达对水稻种子异黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成以及类黄酮生物合成途径产生了影响。进一步研究发现，ZlRc基因过表达促进了水稻中的类黄酮生物合成相关基因PAL、CHS、CHI和DFR表达水平上调，并提高了其对应的酶活性。该研究通过多组学联合分析和转基因功能验证挖掘到了中国菰中的类黄酮合成关键基因，为培育富含类黄酮的功能性谷物新品种提供了新的基因资源和技术手段。

以上研究得到中央级公益性科研院所基本科研业务费专项和中国农业科学院青年创新专项等项目的资助。

论文1原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996922011401

论文2原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/fft2.234